实训设备岛式布局中的教学盲区分析

摘要

教学盲区限制了教师对学生操作的实时监控和有效指导，会影响实训教学质量。提出了一种评估岛式布局立柜实训设备教学盲区率的方法，分析了教师位置、设备数量与教学盲区率的关系。以某高等职业院校电气学院机床电气控制实训室为研究对象，分析6台和8台柜式设备布局下的教学盲区。结果表明，教师在设备正面指导学生时的教学盲区率最大，而实训室入口和讲台前视野最佳，且设备数量的增加会导致教学盲区率的上升。

Graphical abstract

关键词

实训设备 / 岛式布局 / 教学盲区

高等职业教育实训教学的有效性在很大程度上取决于实训室环境的设计，尤其是实训设备的布局。目前，关于实训室布局设计的研究主要集中在实训室的功能、空间、设施、安全等方面，胡宗政等^［1］提出从实训室的功能规划出发，以工学结合模式建设校内实训实验室，按照生产车间模式设立了工具存放区、材料领用区和更衣休息区等。洪建明等^［2］分析了模具专业的整体设计和模具技术的实训室功能定位，对实训设备进行了合理配置和改造，将实训室改造为数字化软件、模具拆装调试、铣削加工、特种加工、精密检测和快速制造６个功能模块实训区域，将实训室按照人数配比购置了各模块功能区所需的设备。李赫^［3］研究了高职院校实训建筑空间设计方式，总结出实训室的空间设计原则包括岗位仿真性设计原则、各部分综合整体性原则、可拓展性设计原则、经济性原则，建立了标准实训空间设计的具体方法。王琰等^［4］分析了当前高职院校实训室设计缺点，提出基护专业实训空间的设计原则，改进实训设备布局，优化学生观摩学习视野。陈秀珍等^［5］排查和分析了高职院校实训室安全隐患，提出了高职院校实训室安全隐患整改建议，包括实训室安全教育培训、实训设备设施管理、实训室空间优化等方法。崔海虎^［6］从教学内容、功能定位、内部管理、安全角度以及视觉艺术多方面对高校实训室进行了改造设计。

对从教师视角出发，针对实训室中立柜式设备布局对教师视野影响的研究相对较少，特别是有关定量分析视野盲区率的研究。教师视野盲区会影响教师对学生的注意力分配和反馈，也会影响学生的学习效果。张育平^［7］研究了教学活动中教师视线活动对课堂的影响，缺少了教师的注视，学生更容易分散注意力，做出与学习无关的事情，使课堂失去组织性。Zuzana S等^［8］总结了课堂上目光接触的好处，教师的直接注视有利于学生在任务中保持注意力，学生的成绩会更好。

高职院校实训室平面布局主要有4种方式，包括队列式、簇团式、岛式、U形。岛式排列是指柜式实训设备分成若干个小组，每个小组的实训设备围绕一个中心点排列，形成一个岛屿或多个岛屿。在实际操作过程中，立柜式实训设备的布局若不够合理，容易导致教师在授课过程中出现视野盲区，在一定程度上限制了教师对学生操作过程的实时监控和有效指导，不利于提高实训教学质量。因此，研究实训设备布局与教学盲区之间的关系，对于优化实训环境、提升实训教学效果具有重要意义。

笔者探究了岛式空间布局方式下立柜式实训设备对教学盲区的影响，提出了一种基于教学盲区率的实训设备布局的评估方法，通过计算从教师视角被设备遮挡的实训室面积占比来评估教学盲区率，分析教师位置、设备数量与教学盲区率之间的关系，旨在为优化高等职业教育实训室的岛式布局与提升实训教学质量提供参考。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

以某高等职业院校电气学院为例，其配有3个机床电气控制实训室，均使用了立柜式实训设备，包括磨床、铣床、车床控制柜3种类型。实训室面积大，均为理实一体实训室，教室前后分为教学区和实操区，每种实训设备数量在6~8台；授课对象范围广，涵盖了电气学院所有学生、所有专业，具体情况见表1。

1.2 研究方法

选取某高等职业院校电气学院机床电气控制实训室作为研究对象，分别分析实训室布置6台柜式设备和8台柜式设备两种岛式布局方式的视野盲区。利用Auto CAD对两种布局方式进行绘图，选取教师在课堂中典型的8个位置进行视野范围模拟，见图1和图2。通过绘图软件求解封闭区间面积即是视野可视范围面积，见图3。

利用公式\phi =\frac{S}{A-B}\times \mathrm{100}\mathrm{\%}，求解教师所处位置的视野盲区率。将测量点的坐标与视野可视范围面积通过Origin软件进行分析得到三维散点图，能够直观地看到视野与位置的关系。对比不同数量实训设备的视野盲区率情况，以便更加清晰地反映设备数量与视野盲区率的关系。其中，\phi为视野盲区率，S为视野可视范围面积，A为实训室总面积，B为设备占地面积。

在实训室布局的研究中有以下几项研究假设。

（1） 实训室布局平面化：由于实训设备高度高于人眼，不存在顶面操作情况，忽略三维立体的视野范围，实训室布局采用二维平面的方式设计。

（2） 实训设备尺寸：结合实际情况，操作过程存在开关柜门的情况，实操区域面积增大，立柜式实训设备占地尺寸统一设计为边长1 m的正方形区域。

（3） 视野可视范围：人双眼的水平视野可视范围为120°，但是要保证视野清晰的范围为60°^［9］，作为研究我们选择人眼正前方60°范围作为可视范围。

（4） 视野测量点选取：选取教师常驻点（讲台、中心通道）、设备背面的代表性位置、设备正前方、实训室的入口处。在教师常驻点讲台处，教师的视野中心是看向学生，最终指向是实训室的右下角，根据教师上课站位情况，教师与讲台距离保持0.2 m的距离。教师在中心通道的位置面向实训室正后方，教师在设备背面的位置选择实训室左下角，视角指向实训室右上角，实训室入口处教师面向实训室左下角。设备正前方时面向设备操作面，学生操作过程预留一定的空间，教师正面指导学生的距离定为1.2 m。

2 结果与分析

2.1 计算结果

根据Auto CAD的二维平面模拟，考虑教师视线受设备和实训室边墙的遮挡，在人眼正前方60°的视野范围内，教师在各个典型位置的视野可视范围面积见表2和表3。

2.2 位置与视野的关系

将Auto CAD所计算的视野可视范围面积数据以及视野测量点坐标导入Origin做出的三维图如图4、图5所示，可以看出各个测量点的视野可视范围面积是不均匀的，教师在设备正面指导学生时的可视范围面积最小，能够观察到的学生操作情况较少；在远离实训设备的区域，比如教室入口、讲台前方视野可视范围面积最大，能够观察到更多学生的学习操作情况。

2.3 数量与视野的关系

将6台柜式实训设备与8台柜式实训设备两种布局方式计算获取的视野盲区率数据导入Origin软件分析，如图6所示，通过对比可以看出，两种布局方式在3~7位置点即讲桌与设备正面位置的视野盲区率比较接近，但8台柜式实训设备的视野盲区率整体高于6台柜式实训设备的视野盲区率。

3 教学建议

针对实训室布局和教学，提出以下建议：（1）减少正面教学盲区：在实训室布局设计中，应尽量减少教师在正面指导学生时的教学盲区。可以通过增加教师可观察的实训区域面积，或者调整设备的摆放位置，使教师能够从更多角度监控学生操作。（2）优化教师站位：在实训课堂教学中，教师应当合理站位，均匀分配视野，减少在实训设备正面的长时间指导。教师可以在讲台、中心通道和设备背面等位置轮换站立，保证对学生操作的全方位监控。对于实训设备数量较多的课堂，建议增加站位变换频率，可以有效减少视野盲区，从而提高整体教学效果。

4 结语

提出了基于教学盲区率的立柜式实训设备岛式布局评估方法，通过模拟实训设备布局，计算多个典型位置的教师视野盲区率，分析了教师位置、设备数量与教学盲区率的关系。由于实训设备的遮挡，在实训设备正面的视野盲区率远高于其他区域。随着实训设备数量增多，教师各个位置的视野盲区率增大，在实训设备正面的视野盲区率增幅较小，但在其他位置的视野盲区率显著增加。

参考文献

[1] 胡宗政，刘国军.工学结合模式下校内实训实验室的功能规划与建设思路［J］.成人教育，2015，35（09）：47-49.

[2] 洪建明，冯小军.模具技术实训室功能设计及设备配置研究［J］.实验技术与管理，2014，31（11）：159-162.

[3] 李赫.高等职业教育实训建筑空间设计研究［D］.重庆：重庆大学，2013.

[4] 王琰，张婷.专业分类指导下的高职院校护理专业基护实训空间设计研究［J］.西安建筑科技大学学报（自然科学版），2016，48（02）：245-248.

[5] 陈秀珍，彭淑贞.高职院校实训室隐患排查及整改建议［J］.北京工业职业技术学院学报，2022，21（03）：104-107.

[6] 崔海虎.高校实训室的改造设计［J］.建筑结构，2022，52（03）：157.

[7] 张育平.教育教学中凝视方式的选择及视线的控制［J］.四川师范学院学报（哲学社会科学版），1991，（06）：119-121，125.

[8] ZUZANA S， MIROALAV J，EVA M，et al.Teachers' gaze over space and time in a real-world classroom.［J］.Journal of eye movement research，2018，13（04）：1-20.

[9] 曾甜田.基于视线估计的汽车A柱盲区显示方法研究［D］.天津：天津理工大学，2023. （上接第152页）

[10] 在黄豆的收获过程中，教师可以基于选择性必修3发酵工程内容，从收获黄豆，到将黄豆制作成豆浆后，开展豆腐乃至腐乳制作，在这个过程中，能够加强学生的劳动实践能力，实现黄豆的贯穿性生产劳动。

[11] 由此可见，黄豆的种植全过程能够配合学生学情、学习进度进行，能让学生完整地体会生命的生长，能够进一步发展学生生物学学科和劳动教育的核心素养。

[12] 总结和建议

[13] 1　因校制宜

[14] 立足实际，我们发现，部分城市学校因地理位置、校园面积 等，缺乏种植、养殖条件，但教师仍可将视野转向教学楼中，利用空置的教学楼顶、教室阳台、教学楼走廊等空间，从楼层间的水培微种植，到楼顶农场的综合种植，形成螺旋态种植基地，在方寸之间拓展劳动教育新型途径。

[15] 2　多元发展

[16] 劳动教育可以依托多学科教学过程开展，如整合化学、地理等学科资源，将孤立的生物学实验材料种植发展成多元的跨学科探究，让种植生物学实验材料形成劳动教育背景下的大学科探究活动。笔者相信，在“五育并举”背景之下，劳动教育的思想和成果将真正在融合生物学乃至更多学科的教学过程中，让学生专心学习，全面发展。

基金资助

柳州市教育科学“十四五”规划2022年度普通高中综合改革专项课题“基于生物学科的项目式劳动教育探究与实践”(2022GKA-15)